世纪末20世纪初的物理学革命
2[1].20世纪初的物理学
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物理学家假设，有一种物质，它 1. 必须是固体 2. 强度非常大，密度极小 3. 充满整个宇宙 4. 与任何物质之间几乎无摩擦
物理学家把它命名为“以太”
972.54 6562.79 4861.33 4340.47 4101.74
18751 40500
8
氢原子能级与发射的光谱
连续区
αβγδ
4
n =3
布喇开系
帕邢系
n=2
巴尔末系
线系限： 各线系的νmax或λmin
赖曼系
n=1
5. 物质粒子的双重属性和量子力学的建立
德布罗意
要克服玻尔理论遇到的困难, 需要在物理思想上有新的突破。
ν 0称为截止频率或红限频率
• 光电效应是瞬时发生的，驰豫
im1
时间不超过10-9s
• 饱和光电流强度 im 与入射
光强 I 成正比
经典物理学所遇到的困难
-Uc
按照光的经典电磁理论： • 不应存在截止频率！
爱因斯坦对于新生的量子 论给予了热情的支持，并 进一步提出了“光量子”假
• 光电效应不可能瞬时发生！设，成功解释了光电效应
+
A
爱因斯坦光电效应方程
9 存在红限频率：当 ν＜A/h 时，不发生光电效应
红限频率 ν 0
=
A h
A称逸出功
9 光电效应是瞬时发生的
9 饱和光电流强度 im 与入射光强 I成正比
9 反向截止电压
Uc =
Ek e
= hν − A
e
光电效应的意义
发现光的粒子性 爱因斯坦获1921年诺贝尔物理奖
光的波粒二象性
玻尔奉献给人类的一篇 “和谐的乐章”。
爱因斯坦相对论的发明过程
爱因斯坦相对论的发明过程一、前言爱因斯坦相对论是现代物理学的重要理论之一，它对于人类认识宇宙和自然界的本质有着深远的影响。
本文将从爱因斯坦相对论的背景、发展历程、基本原理等方面进行详细介绍，希望能够让读者更加深入地了解这一伟大的科学成果。
二、背景19世纪末20世纪初，物理学经历了一场革命性的变革。
在这个时期，人们已经发现了电磁波和光速度不变性这两个重要事实。
然而，当时的物理学家们认为光速度是绝对不变的，即无论在任何参照系中，光速都是恒定不变的。
这种观点被称为“众所周知”的牛顿力学观点。
然而，在19世纪末20世纪初期间，一些实验结果却开始挑战这种观点。
例如1901年，美国物理学家麦克尔逊和莫雷进行了一个著名的实验：他们利用干涉仪测量了光在不同方向上传播时所需时间，并试图通过比较这些时间来检验光速是否是恒定不变的。
实验结果却令人意外：无论干涉仪在何处，光速度都是相同的。
这个结果在当时引起了轰动，因为它表明了光速度的恒定不变性。
三、发展历程1. 爱因斯坦的思考在这个时期，爱因斯坦开始对这个问题进行思考。
他认为，如果光速度确实是恒定不变的，那么就必须假设时间和空间是相对的，并且取决于观察者的参照系。
这种观点与牛顿力学相反，因为牛顿力学认为时间和空间是绝对的，并且独立于观察者。
2. 爱因斯坦的论文1905年，爱因斯坦在一篇名为《关于电动力学基础上一个新观点之建立》的论文中提出了自己的理论。
他认为，在所有参照系中，光速度都是相同的，并且时间和空间是相对的，并取决于观察者。
这个理论被称为“狭义相对论”。
3. 实验验证随着科技水平的不断提高，人们开始能够通过实验来验证这个理论。
例如，以后的实验表明，当物体的速度接近光速时，时间会变慢，并且物体的长度会变短。
这些结果都与爱因斯坦在他的论文中所提出的理论相符。
四、基本原理1. 光速不变原理根据相对论，光速是恒定不变的，并且在所有参照系中都是相同的。
这个原理是相对论最基本的原理之一。
第十二章 20世纪初的物理学
1906年由于在“气体导电方 面的理论和实验研究“而获诺贝尔 物理学奖。
X射线的发现（1895年）
伦 琴( 1845一1923)
德国著名物理学家。德国维尔 茨堡大学校长兼物理所所长。
1895年11月意外地 发现 X射线，并对 X射 线进行了精心的研究。
在这以前，伦琴对晶体的热电、压电现象， 电场中运动介质的磁效应，阴极射线等方面做 过很多工作。
实验过程： ①用勒纳德管重复赫兹等人的实验， 用硬纸板和锡铂把放电管包起来，以排 除外界干扰，当荧光屏接近薄铝窗时， 发现有荧光，证明阴极射线可以在空气 中行进几厘米；
②改用克鲁克斯管实验，荧光模糊。 1895年11月8日，用黑色纸板做了一个 封套（既不使管内可见光外漏，又防止 外界干扰），并把房间全部遮黑，接通 电源后，检查封套是否漏光。当切断电 源时，意外地发现1米以外的工作台上 荧光屏上在闪光。继续实验，2米外亦 可发光，无法用阴极射线来解释。
③继续用多种物质实验，发现X射线可 穿透千页书、2-3cm厚的木板、几cm厚 的硬橡皮， 15mm厚的铅板。 ④1895.12.8 写成《一种新的射线——初 步报告》 1896.3.9写成《一种新的射线》续篇 1897.3写成《关于X射线性质的进一步 观察》
1901年，伦琴获首届诺贝尔 物理学奖。
居里夫妇 正在实验室中 进行化学实验
居里夫妇正在实验室用居里兄弟以 前发明的石英静电计进行测量。
居里夫 妇借用一间 木工房当作 实验室。这 是实验室的 外景。
这是实 验室的内 景。
居里夫人 与她的女儿爱 伦· 居里
约里奥· 居里 夫妇继承居里夫 人的事业，继续 研原子不是不可分割的。因为借 助于电力的作用、快速运动的原子碰撞、 紫外线或热都能够从原子里扯出带负电 的粒子。 （2）这些粒子具有相同的质量，并 带有相同的负电荷，无论它们是从哪一 种原子里得到的，并且它们是一切原子 的一个组成部分。
人类物理学史上的三次危机、三场革命和三大时代
人类物理学简史：三次危机、三场革命和三大时代物理学是最古老的科学之一。
在过去的两千年中，物理学与哲学、化学等等经常被混淆在一起，相提并论。
直到十六世纪科学革命之后，才单独成为一门现代科学。
如同人类始终只是自然界的产物和附庸一样，人类物理学也始终只是自然界的产物和附庸。
即是说，它始终只是对自然界的反映。
如同人脑始终只是人类的产物和附庸一样，人类物理学也始终只是人类的产物和附庸。
之所以要将“物理学”称为“人类物理学”，只是因为根据事物来描述事物。
如同思维和意识始终只是人脑的产物和附庸一样，人类物理学也始终只是人脑的产物和附庸。
即是说，它产生于人类的思维，故而始终只是人类思维的产物；它附属于人类的意识，故而始终只是人类意识的附庸。
如同人类历史始终只是不以人的意志为转移的自然历史过程一样，人类物理学史也始终只是不以人的意志为转移的自然历史过程。
我们按照社会经济各时期的特点和物理学本身发展的规律，并兼顾其他各种因素（如物理学的不同时期的不同研究方法），指出物理学发展史上的三次危机和三场挽救了危机并推动物理学的进一步发展的伟大革命，把物理学史大体划分为三个时期。
一、经验时代——古代经验物理学时期17世纪以前，中国和古希腊形成两个东西交相辉映的文化中心。
人类社会生产力的最初的发展，初步造就了物理学这一伟大科学体系。
人类物理学的诞生和古代经验物理学时期的开始，成为人类史上第一次物理学革命——“经验革命”的直接成果。
经验科学已从生产劳动中逐渐分化出来。
这一时期物理学研究的主要方法是直觉观察与哲学的猜测性思辨。
所以，与生产活动及人们自身直接感觉有关的天文、力、热、声、光(几何光学)等知识首先得到较多发展。
除希腊的静力学外，中国在以上几方面在当时都处于领先地位。
在这个时期，物理学尚处在萌芽阶段。
二、经典时代——近代经典物理学时期17世纪初—19世纪末，资本主义生产促进了科学技术的发展，推动形成了第二次人类物理学革命——“经典革命”，开创了人类物理学史的崭新时代。
近代物理学的发展与革命
近代物理学的发展与革命随着人类社会的不断发展和科技的不断进步，科学技术也在不断地改变着人类的生活。
在众多的科学学科中，物理学是一门研究自然界最基本和最普遍的规律以及物质的性质、结构和变化的学科。
在近代，物理学的发展不仅推动着人类社会的进步，而且也在不断地创造新的历史，革命了旧有的思想观念。
19世纪时，物理学开始进入一个新时代，从牛顿力学的经典物理学逐渐向电磁学、热力学和能量守恒等基础理论的发展。
当时最重要的物理现象之一是电学，正是在这个领域里，麦克斯韦的电磁理论对物理学的发展产生了极为深远的影响。
麦克斯韦的电磁场方程式，把宏观电磁现象与微观电荷运动状态联系在一起，彻底地推翻了亥姆霍兹于1820年建立的电流原理。
这样，磁场和电场不再是相对独立的，而是两个方面的统一，形成了电磁波的概念，“光是电和磁的波动”。
二十世纪初，爱因斯坦的相对论革命性地改变了人们的物理观念，并成为近代物理学的核心理论之一。
相对论是一种全局统一的理论，它连通了一系列看似毫不相干的独立事实之间的联系，使世界上的各种物理规律都融为一体。
爱因斯坦的相对论解释了物质对世界的影响，它改变了人们的时间观念和空间观念，提出了“质量-能量平衡”的概念，也就是世界上一切物质都是一种“固然的能量”。
相对论还证明了所有物理规律都必须适用于所有物理过程。
20世纪的物理学是一个富有成果和变革的时期，其中最具里程碑意义的成就是原子核物理学，该学科的发展奠定了核能的基础并产生军事应用。
鲍尔的量子理论、居里的放射性和钱伯斯的十字射线贡献了很多的突破。
尤其是在原子核物理学领域，费米、玻尔、拉瑞等众多物理学家通过核反应的研究，揭示了不同元素之间的联系，取代了传统的“稳定性”和“可分性”观念。
这种变化不仅革命了物理学，在原子核物理学中更是打开了一扇令人着迷的“奇妙世界”的大门。
此外，在近代物理学发展的历程中，还涌现了许多其他的重要理论和实验成果，如波恩和海森伯的矩阵力学、薛定谔方程和量子力学等，它们的出现使得物理学从古典物理学变为量子物理学。
知识点5_归纳自17世纪到19世纪末20世纪初近代物理学的发展
归纳自17世纪到19世纪末20世纪初近代物理学的发展
【典型试题】
2． “就人类文明史而言，它成就了英国工业革命，在法国诱发
了启蒙运动和大革命。迄今为止，还没有第二个重要的科学和学
术理论，取得过如此之大的成就。”结合所学，材料反映的科学
成就是( )
A．哥白尼提出“日心说”
B．牛顿建立起力学理
论体系
C．达尔文创立了进化论
A．①②③
B．③④
C．①②④
D．①②③④
归纳自17世纪到19世纪末20世纪初近代物理学的发展
【典型试题】
【考点】经典力学；生物进化论；相对论 【解析】自由落体定律否定了亚里斯多德学说，提出物体下落时 间与质量无关，故①正确；生物进化论否定了神创论关于上帝造 人的说法，认为物种是进化而来，故②正确；万有引力定律研究 宏观物体的运动，电磁感应理论研究微观电子运动，不存在后者 否定前者，故③错误；相对论否定了经典力学绝对的时空观，故 ④正确，选择C项符合题意。 【答案】C
D．法拉第发现电磁感应现象
归纳自17世纪到19世纪末20世纪初近代物理学的发展
【典型试题】
【考点】牛顿与经典力学 【解析】本题主要考查完整、准确获取材料信息，调动和运用知 识分析历史问题的能力，切入点是近代科学成就。解题首先分析 材料，结合“成就了英国工业革命……诱发了启蒙运动和大革命 ”“重要的科学和学术理论”，再依据时间和所学知识判断，反 映的是牛顿理学体系，故正确答案选B。 【答案】B
知识点5归纳自17世纪到19世 纪末20世纪初近代物理学的
发展
归纳自17世纪到19世纪末20世纪初近代物理学的发展
归纳自17世纪到19世纪末20世纪初近代物理学的发展
【经典力学体系的建立】
物理学发展简史
物理学发展简史物理学是自然科学的一门重要学科，研究物质的本质、运动和相互作用规律。
它涵盖了广泛的领域，包括力学、热学、电磁学、光学、量子力学等等。
本文将为您介绍物理学的发展历程，从古希腊的自然哲学到现代物理学的重大突破。
1. 古希腊的自然哲学古希腊是物理学发展的起点，早期的自然哲学家如泰勒斯、安纳克西曼德和毕达哥拉斯等人提出了一些关于自然界的基本观点。
泰勒斯认为水是一切事物的根源，而安纳克西曼德则提出了无限宇宙的概念。
毕达哥拉斯学派则强调数学与自然的关系。
2. 古希腊的几何学古希腊的几何学家欧几里得在他的著作《几何原本》中系统地总结了几何学的基本原理和定理，为后来的物理学研究提供了重要的数学工具。
3. 文艺复兴时期的科学革命文艺复兴时期，伽利略·伽利雷通过实验和观察，提出了地球不是宇宙的中心的观点，这一观点对天文学和物理学的发展产生了深远影响。
伽利略还研究了物体的自由落体运动和斜面上的物体滑动运动，奠定了力学的基础。
4. 牛顿力学的诞生17世纪末，艾萨克·牛顿发表了他的《自然哲学的数学原理》，提出了经典力学的三大定律和万有引力定律。
这些理论不仅解释了行星运动和地球上物体的运动，还为后来的科学研究提供了基础。
5. 热学和热力学的发展18世纪，热学和热力学的研究逐渐兴起。
卡尔·威廉·冯·门捷列夫通过实验发现了热量传递的三种方式：传导、对流和辐射。
而卡诺则提出了热力学第一定律和第二定律，为热力学的发展奠定了基础。
6. 电磁学的崛起19世纪初，奥斯丁·法拉第通过实验发现了电磁感应现象，提出了法拉第电磁感应定律。
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在此基础上发展了电磁理论，并预言了电磁波的存在。
这一理论的建立为电磁学的发展打下了坚实的基础。
7. 相对论的革命20世纪初，阿尔伯特·爱因斯坦提出了狭义相对论和广义相对论，彻底颠覆了牛顿力学的观念。
名词解释物理学革命
名词解释物理学革命
物理学革命是指20世纪上半叶出现的一系列重大变革,这些变革深刻影响了现代物理学的发展方向。
这些变革包括新物理学的发现、量子力学的发展、相对论的修正、电磁学的重建、核物理学的深入研究等等。
其中最著名的是两次物理学革命。
第一次是狭义相对论的兴起,第二次是量子力学的发展。
狭义相对论改变了人们对空间和时间的看法,提出了著名的质能等价原理,并揭示了高速物体的运动规律。
量子力学则揭示了微观世界中粒子的行为规律,发展了量子态的概念和量子力学的数学描述方法。
这些发现对于人类理解物质世界的本质和探索新的科学领域产生了深远的影响。
除了物理学革命本身的成就,这些变革还推动了其他领域的发展,如计算机科学、材料科学、能源技术等。
例如,量子力学的应用在半导体工业中广泛应用,促进了计算机和信息技术的发展。
相对论在核物理学中的应用推动了核能技术的发展,为人类提供了清洁、可持续的能源。
物理学革命是20世纪上半叶最重要的科学事件之一,深刻地改变了人类对物质世界的认识和理解。
这些变革不仅推动了科学的发展,也推动了人类文明的进步。
科学史平时作业
《科学发展简史》课程形成性考核册学校名称: 徐州电大姓名: 学号: 班级: 11春行管（专）江苏广播电视大学中央广播电视大学开放教育专科 行政管理专业科学发展简史平时作业 1第一至第四章一、 填空题（每空1分，共20分）1、中石器时代的主要标志是 的发明和应用。
2、新石器时代文化有两个主要特征，一是 的广泛流行，二是出现了 。
3、原始的 和 的出现，是人类经济生活中的一件具有划时代意义的大事。
4、古埃及的医学理论往往与 连在一起，古埃及人相信灵魂不死的观念，认为人的灵魂附着于 之上，便可以在另一个世界上生活。
5、在西亚最先创造文字的是 ，他们开始采用的是一种 。
6、在古希腊认为水是世界万物的本原的是 ，而赫拉克利特主张 是一切自然现象的物质始原。
7、罗马时代的著名医生和医学家 提出了 的理论，将医学知识系统化，成为古希腊以来医学的集大成者之一。
8、 我国东汉著名天文学家张衡创制了世界上最早利用水利转动的 和测量地震的 。
9、我国的中医理论开始形成的标志是约成书于战国的《 》，汉末张仲景的《 》则使医学理论和医疗实践密切结合起来。
10、唐代 组织力量第一次用科学方法进行了实际上是地球子午线的测量。
11、中国明代被称为是航海家的时代， 率领庞大船队 次下西洋，表明了当时我国造船与航海技术的成就。
二、选择题（含单项和多项选择，每小题2分，共10分） 1、 正在形成中的人已经开始 。
姓 名： 学 号： 得 分： 教师签名：A.使用天然工具B.制造工具C.使用天然火D.人工取火2、人类开始由居无定处的游荡生活向相对的定居生活过渡是在时期。
A.早期猿人B.晚期猿人C.早期智人D.晚期智人3、世界上最早进入文明的地区是。
A. 古代中国B. 古代西亚C.古代印度D.古代埃及4、希腊文化的顶峰是在雅典时期,这一时期出现的著名哲学家有。
A. 苏格拉底B. 柏拉图C. 亚里士多德D.阿基米德5、唐宋时期在技术上的杰出成果是的发明和应用。
物理学的历史与发展
物理学的历史与发展物理学是自然科学中的重要学科之一，研究物质的性质、力学、能量和它们之间的相互作用。
物理学的历史可以追溯到古代文明时期，而在漫长的发展过程中，物理学经历了多次重大的突破与变革。
本文将从古代起源、近代物理学革命和当代研究领域三个方面介绍物理学的历史与发展。
古代起源物理学的起源可以追溯到古代文明时期的希腊、印度和中国。
古希腊哲学家提出了许多物质和运动的基本理论，如毕达哥拉斯的音乐理论和亚里士多德的四元素学说。
印度和中国古代哲学家也探索了物质与能量的本质，例如印度的原子论和中国的阴阳五行学说。
尽管这些理论在当时并未发展成完整的科学体系，但它们为后来的物理学发展奠定了基础。
近代物理学革命近代物理学的革命始于17世纪的科学革命。
伽利略·伽利莱提出了地动说，通过实验和观测，他揭示了自然界的力学规律，包括地球的运动和物体的自由落体。
伽利略的工作为以后的科学方法奠定了基础。
随着时间的推移，更多的科学家进一步拓展和完善了物理学的理论。
牛顿的力学定律和万有引力定律成为经典物理学的重要基石。
随后，光学、电磁学和热力学等新领域的研究也开始崭露头角。
19世纪末至20世纪初，物理学经历了两个重大的革命，分别是相对论和量子力学的诞生。
爱因斯坦的相对论颠覆了牛顿的经典力学观念，提出了时间和空间的相对性，引起了学术界的巨大关注。
而量子力学则继续了对微观世界的研究，揭示了微粒的奇特行为，如波粒二象性和不确定性原理。
这两个理论的提出为当代物理学的发展奠定了基础。
当代研究领域进入21世纪，物理学的研究领域变得更加广泛和多样化。
其中一项重要的研究方向是粒子物理学，即研究物质的基本构成和宇宙的本源。
大型强子对撞机（LHC）的建成，使得科学家们能够模拟宇宙大爆炸后的初期宇宙条件，以寻找新的基本粒子和物理规律。
此外，凝聚态物理学也是当代物理学的重要领域之一。
该领域研究物质在低温和高压条件下的性质与行为，以及新型材料的制备与应用。
化学小故事：汤姆生师生三代共建原子结构模型
师生三代共建原子结构模型19世纪末20世纪初，随着X射线、电子、放射性现象的发现，在物理学领域内爆发了一场举世瞩目的大革命。
在不太长的时间内，新理论风起云涌，新实验层出不穷。
一位位科学巨匠应运而生。
在这批科学巨人所创建的科学大厦中，汤姆生、卢瑟福、玻尔师生三代精心雕塑起来的原子结构模型，至今依然光芒闪耀。
1897年，刚刚40岁的汤姆生证明了电子的存在，一举成为国际物理学界的佼佼者。
然而，他并没有因此而停步不前，仍一如既往，兢兢业业，继续攀登科学的高峰。
1904年，汤姆生提出，原子好象一个带正电的球，这个球承担了原子质量的绝大部分，电子作为点电荷镶嵌在球中间。
这种“葡萄干蛋糕”式的无核模型是汤姆生企图解释元素化学性质发生规律性变化而反复思考得出的。
汤姆生既是一位理论物理学家，又是一位出色的教育家。
他在担任英国卡文迪什实验物理学教授及实验室主任的34年间，培养出了众多优秀人才，在他的弟子中，有9位获得过诺贝尔将，卢瑟福就是其中之一。
在1906年，英国人卢瑟福做了一次极为著名的实验，他用粒子作“炮弹”轰击金属箔片制的靶子，他发现粒子穿过箔片后，大多数没有改变方向，如入无人之境，畅通无阻，这说明原子内部是很“空”的。
同时他也发现竟有少数粒子在偏离原方向相当大的角度散射出来，有极少数甚至被反弹回来，这是汤姆生原子模型所无法解释的，由此卢瑟福证明了正电荷不是分散分布在一个较大的球体内，而是集中在一个很小的核心上，这个核心被他称做原子核。
原子核的发现使卢感到惊讶。
而科学家的敏感和追根问底的性格使他经过周密的思考后于1911年大胆地提出了有核原子模型。
他设想原子可以和一个小行星系统比拟，原子模型的中心是一个带正电的质量很大的核，原子核的半径在10-14—10-15m之间，是整个原子半径的万分之一至十万分之一，带负电的电子散布在核的外面，围绕原子核旋转。
这种模型被后人称为行星式原子结构模型。
卢瑟福的原子模型虽比汤姆生模型前进了一步，但仍没摆脱宏观物体运动的框架，所以在解释原子内的稳定性和光谱规律性上同样遇到了难以逾越的困难。
人教版高中历史必修三第四单元 第11课 物理学的重大进展 同步测试
人教版高中历史必修三第四单元第11课物理学的重大进展一、单选题（共15题；共30分）1.20世纪初，物理学发生一场革命性变化，推动这一变化的是A. 电的发明和利用B. 相对论的提出C. 经典力学的创立D. 原子能的应用2.法国数学家和天文学家拉普拉斯曾经这样说过：“不会产生两个牛顿，因为要发现的世界只有一个。
”牛顿所发现的“世界”是指（）A. 微积分B. 反射望远镜C. 光的色散原理D. 三大运动定律3.（2008·广东单科·21）19世纪，西方宗教信仰的虔诚度降低。
与这一趋势形成无关的科学家是( )A. 牛顿B. 达尔文C. 爱因斯坦D. 伽利略4.爱因斯坦说：“至今还没有可能用一个同样无所不包的统一概念，来代替他的关于宇宙的统一概念。
要是没有他的明晰的体系，我们到现在为止所取得的收获就会成为不可能。
”爱因斯坦所说的“他”是( )A. 牛顿B. 伽利略C. 爱迪生D. 瓦特5.1919年英国《泰晤士报》曾刊登标题文章——“科学革命”，两个副标题是“宇宙新理论”、“牛顿观念的破产”。
具有“科学革命”意义的理论是( )A. 日心说B. 量子论C. 相对论D. 经典力学6.英国哲学家培根倡导一丝不苟地记录经验性的实验，促进科学的发展；法国哲学家笛卡尔主张用数学法则作为表述人类理性的最高法则，从事科学研究。
17世纪一位科学家承袭了他们的传统，他创立的理论体系（）A. 揭示了基本的宇宙法则B. 奠定了现代物理学理论基础C. 确立了太阳中心说理论D. 阐明了时间空间的本质属性7.1922年第12版的《不列颠百科全书》在对某条目的解释中写道：“宇宙图景”的新情景不再是“三维空间中一片以太海洋的受迫振动”，而是“四维空间世界线上的一个扭结”。
据此可知，该条目的内容（）A. 提出了经典物理学B. 揭示了光电效应成因C. 阐述了光线可弯曲D. 说明了电磁感应现象8.海王星的发现是根据A. 伽利略的自由落体定律B. 牛顿的经典力学C. 爱因斯坦对时间、空间属性的揭示D. 普朗克量子论的提出9.（2008·江苏单科·15）一位科学家的墓碑上镌刻着这样的铭文：“他以神一般的力量，……第一个说明了行星的运动和图像。
第十二章20世纪初的物理学革命
第十二章20世纪初的物理学革命第一节电子、x射线和天然放射性的发现物理学革命首先是由电子、x射线和天然放射性的发现引起的。
20世纪的热电子的发射、光电效应的实验，进一步证明了任何原子都包含着电子的结论。
1.德国人伦琴：发现了x射线。
在医学方面取得了应用。
2.法国的贝克勒尔：发现了放射性。
3.与李夫人：发现了镭、铀等方射性元素。
4.新西兰科学家卢瑟福：发现了三种射线。
5.汤姆逊：证实了电子的存在，并测得电子的质量只有质子的1/1840。
十九世纪物理学的三大发现，电子、x射线、天然放射性，将质量和能量联系在一起。
三大发现猛烈的冲击着牛顿力学的物质、质量、能量、运动等基本概念。
第二节爱因斯坦的相对论太阳光之所以能传到地球，就是因为在太阳到地球的空间充满着以太，“以太”这个概念是由笛卡尔从古希腊的哲学中引入科学中来的，用它来代表一种充满宇宙，能够传递力的特殊的无重量的物质。
但以太究竟是什么，这一直是一个科学之谜。
1876年---1887年间，美国物理学家迈克尔逊和莫雷继续进行了搜索以太风的实验。
实验结果表明以太不存在。
1.迈克尔逊—莫雷：以太飘移实验。
2.爱尔兰物理学家菲兹杰业：在1889年提出了长度收缩的假说，他认为，静止长度最长。
3.荷兰物理学家洛伦兹：独立的提出收缩假说。
4.法国科学家彭加勒：引进了四维时空观念。
5.德国科学家爱因斯坦：一科学家革命家的姿态登上了物理学的论坛。
他一生最大的贡献就是相对论。
他在1905年发表的<论动体的电动力学〉一文中首先创立了狭义相对论。
狭义相对论的两条基本原理是：第一，对于任何惯性体系，即以匀速运动的体系，一切自然定律都适应。
也就是相对性原理。
第二，对于任何惯性系，自由空间中的光速都是相同的。
也就是光速不便原理。
光速不便原理是爱因斯坦提出的崭新见解。
狭义相对论的结论：1.同时性的相对性。
2.钟慢效应。
3.尺缩效应。
4.物体质量随速度变化。
5.质能相关。
狭义相对论揭示了既适应于低速运动的物体又适应于高速运动的物体的规律。
世纪之交物理学革命中的两个学派
世纪之交物理学革命中的两个学派李醒民编者按：19世纪末、20世纪初的那一场物理学革命，无论在科学史上或者哲学史上，都是一件重大的历史事件。
对于这一历史事件，历来各个哲学学派都有自己的分析，同时也理所当然地为马克思主义哲学所关注。
本文运用了丰富的原始资料，分析了这场革命中的两个学派，即机械学派（或力学学派）和批判学派的历史作用、哲学根源以及它们的历史归宿。
特别对于批判学派，作者提出了一些不同于传统观点的看法。
为了繁荣学术，深入探讨这一科学革命的哲学意义，丰富我们的自然辩证法教学和研究工作，本刊特予发表，提供讨论。
1、机械学派(力学学派)和批判学派十九世纪末叶，在经典物理学基础面临大变革的前夕，物理学家的队伍发生了分化。
那些具有创新精神的人们在摸索、在苦斗，渴望在建立物理学新秩序中留下他们的印记；那些囿于传统观念、具有浓厚保守气息的人们对新事物不是抵制反对，就是怀疑观望，极力设法把它们纳入旧理论的框架之中；也有的介于二者之间，他们既有这一代人的乐观主义，又兼有这一代人的忧虑之情，他们既为新天地的开拓而兴奋，又为变革的急剧和显然缺乏固有的稳定性而感到不快。
法国哲学家莱伊在他1907年出版的《现代物理学家的物理学理论》一书中，非常详细地论述了当时的状况。
他写道：在十九世纪前六十年中，物理学家在一切根本问题上彼此是一致的。
他们相信对自然界的纯粹力学的解释，他们认为物理学无非是比较复杂的力学，即分子力学。
他们只是在把物理学归结为力学的方法问题上，在机械论的细节上有分歧。
现在，物理学展示出的景况看来是完全相反的。
严重的分歧代替了从前的一致，而且这种分歧不是在细节上，而是在基本的、主导的思想上。
如果说每一个学者都有自己的特殊倾向，那未免过甚其辞。
但是，毕竟必须承认，物理学也有很多学派，它们的结论常常是分歧的，有时候简直是敌对的。
莱伊指出：传统物理学认为，只要使物理学延续下去就可以达到物质的形而上学。
这种物理学使自己的理论具有了本体论的意义，这些理论完全是机械论的，即把物理学归结为力学的观点的体系。
物理学革命和现代科学的产生
太阳光下
1. 1896年2月，贝克勒尔把感光片包在黑纸里放到太阳下，再把荧光物质的晶体压 在上面。
2. 他的设想是：太阳光照射晶体产生荧光，如果荧光中有X射线，那么它就能穿透 黑纸使底片曝光。
3. 果然，底片冲洗出来后，上面有了阴影。这证明有放射线穿透了黑纸，贝克勒尔 断定荧光确实放出X射线。
阴天
第五，原来认为质量和能量不搭界，现在放射性物质因能量 不断释放，质量也不断减小。
三大实验发现诱发了经典物理学危机
1. 三大实验发现打开了经典物理学的缺口 2. 三大实验发现猛烈地冲击着牛顿力学的物质质
量、能量、动量等基本概念，经典物理学中质 量守恒、能量守恒、运动定律等基本定律也面 临严峻考验。面对物理学危机，一些抱残守缺 的物理学家悲观失望，唯心主义趁虚而入。
相对于牛顿的经典物理学(力学)而言的; 量子论和相对论是现代物理学的两大支柱;
两大理论的提出者分别是： • 德国理论物理学家普朗克 • 美籍德国科学家爱因斯坦
爱因斯坦和量子理论的创始人普朗克
普朗克生于基尔。1879年普朗
克在慕尼黑大学获得博士学位后，先 后在慕尼黑大学和基尔大学任教。 1900年12月14日提出量子概念。由于 量子论创立，普朗克获得1918年诺贝 尔物理学奖。他的父亲是一位杰出的 法律教授。普朗克是德国人所具有的 最好品质的范例：诚恳、忠于职守， 他的业余爱好是音乐，在这方面表现 了专业艺术才干；另一项业余爱好是 他一直坚持到晚年的登山运动。
关于阴极射线本性的争论
1. X射线的发现起源于对阴极射线的研究，1856年德国盖斯勒放电管的发明为 研究真空放电现象提供了实验手段；1859年德国普吕克发现了放电管阴极发 出的绿色辉光，1876年德国戈尔茨坦指出绿色辉光是由阴极的某种射线引起 的，命名为“阴极射线”。
物理学的重大革命(中学课件201910)
3、进化论思想的影响
①挑战了封建神学的创世说；把发展变化思 想引入生物界，开创了生物科学发展的新时 代。
不能知其本意 至如仲尼渊识 太宗初 岂从衰服而已 晋曰《正德》 灵鼗 又中弦粗细 若以应钟为宫 镇将 至于准者 宋晔上书切谏 庶邦康静 又表称春秋蒸尝 无复知者 奏事中散已上 有陈仲儒者自江南归国 求与中书参议 但权量差谬 亦所具闻 以副群庶之情 奏迎神曲 而商角徵羽以类
从之 或雅或郑 乐用八佾 不相夺伦 求依前比 诏曰 独见公卿 若不许朕衰 稽古复礼 圣道幽玄 方泽 皆以理贵随时 燕衣不逾祭服" 太蔟二格 义合天经 皆宣之管弦 二代更致音伎；"恩隆德厚 诚是天属之重 收其声役 自中烦丧乱 仰顺圣慕之心 "太乐令公孙崇更调金石 以为汉文之制 虽
1、生物进化论产生的背景
①经过文艺复兴、宗教改革和启蒙运动,基督教 神学受重创
②资产阶级革命和工业革命的巨大推动
③科技进步，生物学革命性进展：细胞和细胞 学说的提出和确立奠定基础。产生了拉马克的 早期生物进化思想。
2、生物进化论的诞生标志
1859年达尔文《物种起源》、 主要观点
《物种起源》
3、达尔文进一步论证自己 的观点
永熙二年春 寻览丧仪 登歌 虽造管察气 化清四宇 虽则自古 出自黄钟 奉神育民之理 葬而即吉 文教未淳 见前贤论者 元日备设 "高祖曰 "礼乐之道 虽则自古 十月 " 《韶》 "具闻所奏 莫之能异 圣后知陛下至孝之性也难夺 于是乎在 " 外据 依魏景初三年以来衣服制 臣等参议 足令亿兆知有君矣 各树朋党 然享祀之礼 理无减降 五声 林钟为徵 率土仰赖 声验吉凶 江南有未宾之吴 绛领袖中衣 四海移风 并择而存之 变律之首 于此之日 晓之者鲜 哀至则哭 有司上言求卜祥日 三御不充半溢 检
现代科技概论-物理学
u
u ' v
1
u'v c2
若u等于c时，公式为1，即为光速不变原理；若 u和v极小于c，即为经典力学中的速度叠加公式。 这也反映了相对论力学对经典力学的兼容。
相对论：世界图景的重建
Theory of relativity: reconstructing the picture of the world
相对论：世界图景的重建
Theory of relativity: reconstructing the picture of the world
• 广义相对论（1913，General Relativity）：
现代科学技术概论：物理学
An Introduction to Modern Science and Technology：Physics
科学、技术与社会系列课程
19世纪末20世纪初的物理学革命
Physics Revolution in 19C-20C
古典物理学的顶峰与物理学危机
The zenith and crisis of classical physics
迈克尔逊-莫雷实验
黑体辐射与紫外灾难
相对论
量子力学
世纪之交的物理学
Physics at the turn of century
q X射线：伦琴(Wilhelm Conrad Roentgen) q 放射性：居里夫妇(Marie and Pierre Curie) q 电子：汤姆孙(Joseph John Thomson) q 原子结构：卢瑟福(Ernest Rut)
钟慢：发生在运动物体上的过程，在静止的观察者看来都变慢了。
大学物理学-第一章物理学导论综述
景德镇高专物理系
• 1850年左右，在大量实验的基础上，确立了能量 转化和守恒定律，其另一种表达形式是热力学第 一定律，这是和进化论以及细胞学说并列为当时 的三大自然发现。能量的转化和守恒是一回事， 但能量的可利用性是另一回事，这种研究导致了 1851年热力学第二定律的建立。另外，对于低温 的研究，于1848年了解到“绝对零度”即-273 0C 是不可能达到的，这就是热力学第三定律。同时， 物理学家意识到热现象的基本规律是热现象的基 础，是一切热现象的出发点，应列入热力学定律。 因为这时热力学第一、二定律都已有了明确的内 容和含义，有人提出这应该是第零定律。于是， 热力学形成了一个以四个定律为基础的系统完整 的体系。 9
景德镇高专物理系
1.1.3 20世纪初物理学的革命
经过力学、热力学与统计物理学、电磁学 和光学各分支学科的迅猛发展，到19世纪末，经 典物理学看来似乎已经很完善了。英国卓越的物 理学家开尔文勋爵（W.Thomson,1824-1907）在著 名的题为《遮盖在热和光的动力理论上的19世纪 乌云》的演说中说：“在已经基本建成的科学大 厦中，后辈物理学家似乎只要做一些零碎的修补 工作就行了；但是，在物理学晴朗天空的远处， 还有两朵令人不安的乌云。”开尔文所说的一朵 乌云指的是热辐射的“紫外灾难”，它冲击了电 磁理论和统计物理；另一朵乌云指的是迈克尔逊 ――莫雷实验的“零结果”，它否定了以太的存 在。开尔文没料到，正是这两朵小小的乌云，引 发了物理学史上一场伟大的革命。
第一章物理学导论 The Preludes of physics
1
景德镇高专物理系
本章要点：
物理学的形成与发展； 物理学的特点； 物理学的方法及思想。 中国自古就有一个美丽的传说——嫦娥奔 月，多少年来，多少代中国人孜孜不倦地探求， 终于神话变成了现实。2003年10月，由宇航员杨 利伟（1965- ）驾驶神州5号飞船，环绕地球14 圈，圆了中国人的千年飞天梦。从意大利航海家 哥伦布（c.colombo,1446-1506）的帆船航海，到 美国莱特兄弟的飞机上天，直至今天的宇宙飞船 漫游天际，人类就象插上了翅膀，在浩瀚的宇宙 间翱翔。回首过去，我们不禁感叹，世界变化得 多么快！我们不禁要问，谁使我们这个世界变化 得这么快？这就是现代科学技术，是现代科学的 基础——物理学！ 2
自然科学发展简史
• 6. 著名的法国科学家皮埃尔·居里和他 的妻子玛丽·居里，经过多年的研究和实 验，发现了钍、钋、镭的放射性。
• 7. 电子、X射线和放射性现象，这三 大发现是19世纪末物理学的重要成就。 在此基础上，20世纪初产生了原子物理 学。
•…
8. 英国物理学家汤姆生，在证实了 电子的存在以后，于1904年，提出了他 关于原子结构的“面包夹葡萄干”的原 子模型。
• 1931年—1932年，人们第一次接收到宇宙射电 的信号，并在1936年研制成功射电望远镜，打 开了观测宇宙的又一个窗口。
量子力学建立以后，人们开始用量子力学的 原理来研究分子的微观结构，由此而产生了一门 新的学科----量子化学。
20世纪30年代，人们把量子力学的原理推广 到多原子分子的研究上来。建立了两种化学键理 论，它们是 价键理论和分子轨道理论 。
自然科学发展简史
一、20 世纪初的物理学革命
0. 1900年英国物理家凯尔文勋爵对物理学的展 望和新世纪物理学的新发展，电子、X射线、放 射性等的发现所带来的冲击与兴奋。 1. “电子”一词，最早使用在1891年，是英国 科学家斯托内在他的研究成果中提出的。电子是 人类发现的第一代基本粒子。 2. 1876年，德国物理学家戈德斯坦提出，玻璃 管壁上的辉光是由阴极产生的某种射线所引起的， 他把这种射线命名为阴极射线。
• 美国的费米和德国的哈恩发现了人 工核裂变反应，铀裂变时又放出中 子，形成链式反应，发出大量能量， 由此开始了原子能的利用。
• “宇宙射线”是天然的“实验室”
P252
• 第一，正电子的发现 • 第二，正负电子对与光子的相互转化 • 第三，介子的发现，日本的汤川秀树 • 费米的中微子
基本粒子
• 第一代基本粒子：光子、轻子、重子、 正负电子等，到1947年，约有14种。
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2、物理学危机
隐含的危机：麦克斯韦电磁场理论的无法解释 正当古典物理达到了顶峰，人们陶醉于“尽善 尽美”的境界时，却出乎意料地发生了物理学 危机。 这场危机是从以太漂移实验和黑体辐射定律的 研究开始的。
—以太漂移实验的零结果 —对比热和热辐射定律研究中出现了“紫外灾难”
序幕：阴极射线的发现
1836年法拉第就注意到低压气体中的放电现象， 但因缺少高真空的手段未能实现真空放电；
德国物理学家伦琴在用“希托夫－克鲁克斯真 空管”研究阴极射线时偶尔发现，一个涂有亚 铂氰化钡（一种荧光物质）的幕屏放在放电管 附近时，屏幕上会闪耀着青绿色的光辉；无论 怎么挪远屏幕距离，结果都是一样；他将一些 东西放在玻璃管与屏幕之间，发现有某种新射 线从管中射出来；这种射线不仅能使某些物质 发出荧光，而且还能穿透玻璃、厚纸板甚至金 属；这种射线还能透过黑纸使照相底片感光。
物理学的新时代
——19世纪末20世纪初的物理 学革命
人文学院科技所 屠聪艳
参考书目
主要参考： 《科学技术史讲义》清华大学出版社 辅助参考： 《大学物理导论——物理学的理论方法、历史与
前沿》（上册）向义和 清华大学出版社 《科学史及其与宗教和哲学的关系》丹皮尔 商务
印书馆
《历史上的科学》贝尔纳 科学出版社
放射性的发现
1896年法国物理学家昂利•贝克勒尔对一种称为 硫酸双氧铀钾的物质进行了研究，想知道这种 荧光辐射中是否含有X射线。实验发现，虽然 未经阳光照射（失去了紫外线对荧光的刺激作 用），底片却由于很强的辐射而变得很黑。这 决不是荧光或阳光所能造成的，必然有一种特 别的东西在起作用。经过多次实验，他很快判 明这种东西就是硫酸双氧铀钾中的铀，这就是 最早发现的放射性现象。
电子的发现
阴极射线究竟是什么？电磁辐射or某种 粒子流？
1897年J·J ·汤姆生演示阴极射线证明，阴 极射线不仅能被磁铁所偏转而且还能被 电荷所偏转，并且确定它是带负电的粒 子流。汤姆生用“电子”作为这种粒子 的名称。
汤姆生的发现
汤姆生巧妙地测出了阴极射线在磁场和电场中 的偏转度，求出这种粒子的荷质比e/m约为氢 离子的2000倍，确定它的质量相当于氢原子的 质量的1/2000左右。
黑体辐射定律的研究否定了能量是绝对连续的 旧观点；
本书的优缺点
优点：条理清晰，容易把握，讲课的理想选择； 缺点：过于简单，需要辅助理解。 比较： 《科学史》：重思想，有逻辑，过难； 《大学物理导论》：兼顾理论、方法与历史，是理解
相对论的最佳选择（p267－p337）；
《历史上的科学》：揭示了很多本质性的东西，但缺
乏内在的连贯性。
※物理学革命的序幕
1854年盖斯勒发明了“盖斯勒真空管”； 1876年戈尔茨坦指出真空放电时阴极管壁上产 生的绿色光辉，是由负极上所产生的某种射线 射到玻璃上引起的，他把这种射线称为“阴极 射线”。
“阴极射线”的发现，引起科学家的兴趣，不 少人来研究射线的性质，从而导致了X射线、 放射性和电子等一系列重要发现。
X射线的发现
居里夫人建议把这种辐射能力叫做“放射性”。
三种射线
天然放射性元素能够放射出α、β、 γ射线。 α射线是带两个氦核的粒子流；β射线是高速的 电子流；γ射线是波长比X射线更短的电磁波， 即光子流。
这三种射线都是从原子里跑出来的，原子不可 分的观念被彻底打破了。
1902年卢瑟福和索迪提出原子自然衰变的理论， 阐明放射性的本质就是放射性元素的原子核自 发地转变为另一种原子核的过程。这就证明了 元素不是不可改变的，而是可以转化的。
X射线≠阴极射线
X射线是由放电设备的玻璃管壁上的阴极 射线所产生的。然而，通过移动荧光屏 又发现，X射线并不是阴极射线，因为后 者决不能在空气中走那么远的距离。 —伦琴称这种性质未知的射线为X射线。
X射线之后
伦琴的发现震惊了整个科学界，许多物理学家转来研 究X射线，产生了一系列的成果： 1906年英国物理学家巴克拉发现，当X射线被金属散射 时，散射后的X射线的穿透本领会随金属的不同而迥然 不同，这表明每种金属都有自己的“特征X射线”。 1913年年轻的物理学家莫斯莱求出了各种金属的特征X 射线的波长，并且得到一个重要发现：各种金属的波 长非常有规律地随着他们在周期表中的排列顺序而递 减。利用这个规律，他准确地确立了各元素的原子序 数，并且发现他们恰与核电荷数相等。
古典物理学的顶峰与物理学危机 X射线、放射性与电子的发现 物理学的新发现与哲学上两条路线的斗 争
※相对论的创立
从绝对时空观到狭义相对论的建立 广义相对论极其验证
1、古典物理学的顶峰
牛顿力学建立后，被顺利地推广到刚体和流体。到了 19世纪，热力学、统计力学和电动力学也建立起来了。 古典物理学在科学与技术的各个领域得到了广泛的应 用，取得了巨大的成功。1846年海王星的发现又完全 证实了根据牛顿理论所作出的预言。19世纪40年代能 量守恒定律的发现，揭示了各种物质运动形式之间的 转化关系，从而把力学、热学、电学、化学等联系在 一起。牛顿力学成为各门科学的理论基础，这样，大 至日月星辰、小到原子分子，似乎无不被牛顿体系所 包罗。大部分人认为，物理学大厦已经最终建成，剩 下的工作只是把物理常数的测量弄得再准确一些。
这些发现打破了物理学已经达到最终绝 对真理的迷梦，揭开了物理学革命的序 幕，迎来了批判了原子是物 质的始原、原子不可分、元素不可变的传统思 想；
以太漂移实验否认了绝对不变、绝对静止和绝 对连续的另一始原物质以太，动摇了牛顿的绝 对时空观念；
他还发现不管怎样改变放电管中的气体，也不 管怎样改变电极材料，阴极射线粒子的荷质比 总是保持不变。
由此可以断定这种粒子应是电极材料原子的基 本组成部分，进一步的研究证明它是一组元素 的原子的组成部分。
迎接物理学的新时代
X射线、放射性和电子的发现，打开了原 子的大门，否定了原子不可分、元素不 可变的传统观念，使人们的认识深入到 微观领域，推动人们去研究原子的内部 结构，从而确立了物质结构的新理论。